下一代汽車照明電源

引言

縱觀整個汽車照明設備的發展歷史，電源始終扮演著重要角色。起初，汽車僅需要前燈，以便在黑暗中看清道路。隨后，為了安全以及更好地協調不斷增長的交通流量，增加了其它光源 — 尾燈、指示燈等。報警和霧燈在極端情況下提供了特殊功能。內部光源，如儀表板、頂燈、地圖燈、開門燈等為駕駛員和乘客提供了便利。除了早期型號，所有這些光源均采用電能供電并且使用白熾燈泡。

最近幾年，其它光源，如發光二極管(LED)以及冷陰極熒光燈(CCFL)逐漸成為了汽車的普通光源。這些新光源的關鍵優勢是具有較長的使用壽命和更高效率。白熾燈的典型壽命為10,000小時，而熒光燈可達50,000小時，LED則高達100,000小時。使用壽命的延長提高了可靠性，并減少了維護工作，最終降低了服務成本。LED的其它優點包括低工作電壓、低電磁輻射、抗機械應力強、形狀設計靈活、工作溫度范圍寬以及亮度調節范圍寬。隨著LED技術的發展，用它取代其它的技術趨勢也更加明顯，但是，就目前的應用情況來看，CCFL仍然占據某些應用領域的優勢，如大屏幕背光以及那些需要大功率非聚焦光源的場合。

CCFL和LED光源需要適當的供電電源，而且，不同技術具有不同的特殊要求，電源必須提供特別的應用和功能。本文為LED和CCFL光源提供了一些電源解決方案，針對不同的汽車內部和外部照明裝置，討論了具體的設計方法。

應用

內部照明

內部照明應用包括儀表盤和儀表盤背光、頂燈和地圖燈、安裝在門上或車體上的開門燈以及背光。由于背光顯示有特別的要求，將在后面的文章中單獨討論。

所有內部的照明應用都可以使用LED作為光源。地圖燈和頂燈通常使用一個高亮度LED，儀表盤和開門燈通常需要一個以上的LED串聯實現。串行連接有利于避免不同LED的電流(對應顏色)失配。所有應用都需要一個集成了亮度調節功能的恒流源。圖1和2給出了針對內部照明應用進行優化、可提供各種不同功能的電源IC。

MAX16800具有高輸入電壓范圍(達40V)，因此可以直接連接到汽車電池而不需要保護器件，保護器件一般用來抵御電池負載變化帶來的浪涌電壓。該器件能夠為LED提供恒定電流，電流值可以通過與LED串聯的檢流電阻RSENSE設置。為了提高電流設置精度，提高對外部噪聲的抑制能力，MAX16800采用了差分電流檢測輸入方式。

LED的色度隨其電流的變化而改變，因此調整LED亮度的最好方法是通過脈寬調制(PWM)信號對一個固定電流進行斬波實現，而不是改變電流的實際幅度。MAX16800通過在器件的使能輸入引腳作用一個PWM信號來調整LED亮度。通過LED的電流按照PWM信號的頻率開啟和關斷。

電磁干擾(EMI)抑制在汽車應用中非常重要，這一設計要求與不產生EMI同等重要。對LED電流進行通、斷控制時無論如何都會產生EMI輻射。因此，為了降低PWM調光時的EMI，MAX16800集成了波形整形電路，以便平滑開關信號的邊沿。

很多照明系統中沒有可以利用的微控制器來產生PWM調光信號，對于這種情況，可以采用MAX16805/MAX16806 LED驅動器。這兩款器件均可由內部產生PWM信號，PWM信號由加在DIM輸入引腳的外部模擬電壓設置。不采用模擬調光時，MAX16806有一個開關輸入(SW)，該開關輸入不僅檢測開關狀態，并具有去抖功能，為開關提供濕電流。

在某些照明應用中，必須密切監測LED的溫度，這一點對于空間緊湊，特別是散熱條件較差的系統特別重要。LED過熱會降低LED的使用壽命，從而減弱了該類光源的關鍵優勢之一。幸運的是，通過短時間調低LED亮度，在大多數應用中可以避免過熱現象。為了達到這個目的，MAX16806為外部溫度傳感器提供了一個輸入端。當檢測到過熱時，器件可以調低亮度，直到溫度恢復到可以接受的范圍。溫度和亮度調節門限可以通過串口編程，并存儲到EEPROM。該功能可以省去昂貴的大尺寸散熱器。

MAX16805/MAX16806的內部基準用于監測反饋回路的LED電流，并且可以通過串口調整。因此，實際應用中可以對各路LED使用固定的檢流電阻，簡化了設備生產并降低成本。

背光顯示

現在，液晶顯示器(LCD)被廣泛用于儀表盤、車載計算機、廣播、導航系統以及娛樂系統。與上述例子不同的是：背光照明需要將光散射到盡量大的面積，而不是產生聚焦光束。

傳統上，由于CCFL背光效率高、溫度低并可提供較高的光照功率，LCD屏主要采用CCFL作為背光源。雖然CCFL控制器在汽車電子以外的領域應用非常成功(例如LCD TV或計算機監視器)，但汽車環境下的設計具有特殊的挑戰和需求。

由于基本的CCFL電路中包含有外部晶體管、變壓器和燈管，CCFL架構存在EMI輻射源。圖3給出了利用DS3881CCFL控制器構建的CCFL燈管電源電路，該設計優化于汽車應用環境。DS3881利用擴展頻譜和頻率偏移技術大大降低了EMI輻射，并把噪聲頻譜搬移到系統不敏感的頻段，從而克服了EMI輻射這一難題。

汽車電子的另一特殊要求是低溫工作，DS3881具有一個特別的燈管電流過驅動模式，當溫度很低時，該模式可以迅速加熱燈管，從而實現快速啟動。該器件還具有多種故障檢測，可以監測燈管故障、燈管開路、過流、啟動失效以及過壓故障。

由于DS3881具有極高的集成度，只需極少的外部元件，大大降低了物料(BOM)成本并有助于簡化設計。多個DS3881控制器可以級聯使用，支持多燈管的大顯示屏設計。所有的性能和功能均可通過引腳或串口設置，并且可以將設置存儲到內部非易失存儲器中。

對于小尺寸顯示屏，可以選擇LED陣列用于CCFL背光。多串LED面臨獨特的設計挑戰，特別是需要在整個區域提供均勻的亮度和色彩。圖4給出了一個特殊的基于LED的LCD背光電路。